量子暗号とポスト量子暗号

更新日：2024.10.06　投稿日：2024.10.8　セキュリティ技術

「量子暗号」と「ポスト量子暗号」という言葉は似ていますが、その意味は大きく異なります。量子暗号は、量子力学の原理を利用して情報を保護する暗号方式であり、ポスト量子暗号は量子コンピュータによる解読に耐えうる暗号アルゴリズムを指しています。これらはいずれも、情報セキュリティの未来を形作る重要な基礎技術です。この記事では、量子暗号とポスト量子暗号の違いや特徴、そしてそれぞれの課題について説明します。

量子暗号
ポスト量子暗号
量子暗号とポスト量子暗号の比較
まとめ

量子暗号

量子暗号とは？

量子暗号は、量子力学の原理に基づく暗号技術です。最もよく知られている量子暗号のプロトコルは量子鍵配送（Quantum Key Distribution, QKD）で、量子ビット（キュービット）を用いて暗号鍵を安全に共有する手法です。

量子暗号の最も大きな特徴は、「不確定性原理」と「量子もつれ」という量子力学の原則を利用している点であり、理論的に「無条件の安全性」を提供します。量子もつれは、二つの粒子が相互に強い関連性を持つ状態であり、一方の粒子の状態を測定すると、もう一方の粒子の状態が瞬時に決まるという特性があります。これを利用することで、情報がもし第三者に盗聴された場合には、その影響が即座に検出され、通信の安全性が保証されます。

QKDの代表的なプロトコルにはBB84やE91などがあり、いずれも量子状態を利用して鍵を生成し、その鍵の安全性を量子的に保証します。このように量子力学の原理により、理論上は完全な盗聴防止が可能であることから、未来の通信において非常に重要な役割を果たすと期待されています。

ポスト量子暗号

ポスト量子暗号とは？

ポスト量子暗号は、量子コンピュータに対抗するための暗号技術を指します。「ポスト」は「後」を意味しますが、ポスト量子暗号は「ポスト-量子暗号」ではなく、「ポスト-量子コンピュータ」暗号を意味しています。

現在の公開鍵暗号方式の安全性は、特定の数学的な問題の解決が難しいことに依存しています。計算資源が限られている今の状況では、解読が現実的に難しいため、信頼が成り立っています（例えば、RSAは素因数分解に基づき、ECCは楕円曲線上の離散対数問題がベースです）。

しかし、量子コンピュータは量子ビットを使って計算を行うことで、従来のコンピュータではできないような膨大な計算を一瞬で解決する能力を持っています。これにより、RSAの素因数分解やECCの離散対数問題が簡単に解かれてしまうかもしれません。

ポスト量子暗号の目的は、量子コンピュータが普及した未来でも安全な暗号技術を提供することです。格子基盤暗号（Lattice-based cryptography）、ハッシュベース暗号（Hash-based cryptography）、符号基盤暗号（Code-based cryptography）、多項式基盤暗号（Multivariate polynomial-based cryptography）など、いろいろなアプローチが模索されています。

量子暗号とポスト量子暗号の比較

量子暗号は、量子力学の原理を使って通信の安全性を確保する新しい技術であり、ポスト量子暗号は量子コンピュータの攻撃に耐えるために進化した従来の暗号技術と言えます。

以下に、量子暗号とポスト量子暗号の特徴を比較してみましょう。

量子暗号とポスト量子暗号の特徴比較表
	量子暗号	ポスト量子暗号
原理	量子力学の原理	数学的原理（解く難しさ）
目的	原理的に絶対安全な鍵の共有	量子コンピュータの発展への備え
量子コンピュータへの耐性	理論的な耐性	設計上の耐性
主な用途	高度な安全性が必要な特定用途	現在の暗号システムの置き換え
技術の成熟度	一部高セキュリティ用途での利用が始まっている	実用化に向けたプロトタイプ､標準化が進行中
課題	現在の通信インフラに組み込むのが難しい高額な設備と運用コストがかかる光ファイバーによる伝送距離の制約商業化にはさらなる技術的進展が必要	計算コストが高く、効率的な実装が必要暗号方式の標準化には時間がかかる長期安全性保証の検証が必要

まとめ

量子暗号は特定の分野で量子鍵配送の導入が始まっていますが、インフラの整備が課題になっています。一方で、ポスト量子暗号は既存のインフラで比較的容易に導入でき、標準化も進行中です。

どちらの実用化も、今後の技術革新や政策に左右されますが、ポスト量子暗号の普及が早いと見込まれています。情報セキュリティの未来が楽しみです。

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